Pluoštas{0}}armuotas betonas (FRC) reiškia cemento{1}} sudėtinę medžiagą, kurią sudaro cemento pasta, skiedinys arba betonas kaip matrica ir pluoštai kaip armatūra. Pluoštinis-gelžbetonis, taip pat žinomas kaip pluoštinis betonas, paprastai reiškia cemento- pagrindo sudėtinę medžiagą, kurią sudaro cemento pasta, skiedinys arba betonas kaip matrica ir nepertraukiami trumpi pluoštai arba ištisiniai ilgi pluoštai kaip armatūra. Pluoštai gali kontroliuoti tolesnį matricinio betono įtrūkimų vystymąsi, taip pagerindami atsparumą įtrūkimams. Didelis pluoštų atsparumas tempimui ir pailgėjimas padidina betono tempimo, lenkimo ir smūgio stiprumą, pailgėjimą ir kietumą. Pagrindiniai pluoštinio betono tipai yra asbestcementis, plieno pluošto betonas, stiklo pluošto betonas, polipropileno pluošto betonas, anglies pluošto betonas, augalinio pluošto betonas ir didelio elastingumo modulio sintetinio pluošto betonas. Tai bendras terminas kompozicinėms medžiagoms, sudarytoms iš pluoštų ir cemento{9}}pagrindų medžiagų (cemento pasta, skiedinys arba betonas). Pagrindiniai cemento pastos, skiedinio ir betono trūkumai yra mažas atsparumas tempimui, mažas galutinis pailgėjimas ir trapumas. Šiuos trūkumus galima pašalinti pridedant pluoštus, turinčius didelį tempimo stiprumą, didelį galutinį pailgėjimą ir gerą atsparumą šarmams.
Pluošto vaidmuo betone:
Paprastas betonas yra trapi medžiaga, kurioje prieš kraunant jau yra daug mikroįtrūkimų. Didėjant išorinėms jėgoms, šie mikroįtrūkimai palaipsniui plečiasi ir ilgainiui sudaro makro įtrūkimus, dėl kurių medžiaga sugenda. Pridėjus atitinkamą kiekį pluošto, išvengiama ir stabdomas mikroįtrūkimų augimas, žymiai pagerinant kompozitinės medžiagos tempimo ir lenkimo stiprumą, taip pat trūkimo energiją, palyginti su nesutvirtinta cemento matrica. Įvairių tipų pluoštai įvairiais laipsniais pagerina betono nepralaidumą, atsparumą užšalimui-, atsparumą chlorido jonų prasiskverbimui ir karbonizaciją. Pluošto{5}}gelžbetonyje daugiausia naudojami trumpi pluoštai, kurių matmenys yra tam tikri (pluošto ilgio ir skersmens santykis). Tačiau kartais naudojami ilgi pluoštai (pvz., stiklo pluošto pusverpaliai ir polipropileno pluoštinė plėvelė) arba pluošto gaminiai (pvz., stiklo pluošto tinklelis ir stiklo pluošto kilimėlis). Ribinis tempiamasis stipris gali būti padidintas 30{10}}50 %. Pagrindinė pluošto{12}}pluošto funkcija armuotame betone yra apriboti cemento matricos įtrūkimų augimą veikiant išorinėms jėgoms. Pradiniame krovimo etape (įtempimas ir lenkimas), kai sudedamosios dalys yra tinkamos ir pridedama tinkama didelio -efektyvumo vandens-reduktorius, cemento pagrindas ir pluoštai kartu veikia išorinę jėgą, o pirmasis yra pagrindinis išorinės jėgos nešėjas; kai pagrindas įtrūksta, pluoštai skersai įtrūkimų tampa pagrindiniais išorinės jėgos nešėjais. Tarkime, pluošto tūris viršija tam tikrą kritinę vertę. Tokiu atveju visa kompozitinė medžiaga gali ir toliau atlaikyti didesnes apkrovas ir sukelti didesnes deformacijas, kol pluoštai bus sulaužyti arba ištraukti iš pagrindinės medžiagos, sunaikinant kompozicinę medžiagą. Palyginti su įprastu betonu, pluoštu armuotas betonas turi didesnį ribinį tempimo ir lenkimo stiprumą, ypač pagerėjusį kietumą.
Bendrosios pluoštų klasifikacijos
Pluoštai gali būti klasifikuojami pagal jų medžiagų savybes:
① Metalo pluoštas, pvz., plieno pluoštas (plieno pluoštu armuotas betonas) ir nerūdijančio plieno pluoštas (tinka karščiui{0}}atspariam betonui).
② Neorganiniai pluoštai, pirmiausia natūralūs mineraliniai pluoštai (chrizotilas, krokidolitas, amozitas ir kt.) ir dirbtiniai mineraliniai pluoštai (šarmui-atsparus stiklo pluoštas, anglies pluoštas, pvz., šarmams-atspari mineralinė vata).
③ Organiniai pluoštai, pirmiausia sintetiniai pluoštai (polietilenas, polivinilo alkoholis, nailonas, aromatinis poliimidas ir kt.) ir augaliniai pluoštai (sizalio, agavos ir kt.). Sintetinio pluošto armuotas betonas neturėtų būti naudojamas aplinkoje, kurioje temperatūra viršija 60 laipsnių.
Pagal elastingumo modulį pluoštai gali būti suskirstyti į dvi pagrindines kategorijas:
Pluoštai, kurių tamprumo modulis mažesnis nei cemento matricos, vadinami lanksčiais pluoštais, įskaitant polipropileno pluoštus, nailono pluoštus ir celiuliozės pluoštus.
Pluoštai, kurių tamprumo modulis didesnis nei matricos, vadinami standžiaisiais pluoštais, pvz., plieno pluoštu, stiklo pluoštu ir anglies pluoštu.
Įprasti betono pluoštai ir jų savybės
Plieno pluoštas
Betonas, pagamintas į įprastą betoną įmaišius atitinkamą kiekį plieno pluošto, vadinamas plieno pluošto betonu arba plieno pluošto armuotu betonu. Palyginti su įprastu betonu, žymiai pagerėjo jo atsparumas tempimui, atsparumas lenkimui, atsparumas dilimui, atsparumas smūgiams, atsparumas nuovargiui, kietumas, atsparumas įtrūkimams ir atsparumas sprogimui. Didelio-stiprumo plieninės vielos pjovimo-galinio kablio-tipo pluoštai, luitais frezuoti-galiniai kabliukai-tipo pluoštai, nukirpti specialios-formos pluoštai ir mažai -legiruoto plieno lydalo-tempti pluoštai, ženkliai išplečiami inžineriniuose projektuose ir neleidžiama plačiai naudoti jų panaudojimo. įtrūkimai, betono tvirtinimas ir grūdinimas.
Privalumai ir trūkumai
Plieno pluošto techninis pranašumas yra jo gebėjimas padidinti betono kietumą ir atsparumą tempimui. Tačiau plieniniai pluoštai maišymo metu linkę sulipti, todėl pablogėja apdirbamumas, sunku siurbti, sudėtinga konstrukcija ir jautrumas rūdijimui. Be to, plieno pluošto betonas yra sunkus ir reikalauja daug plieno gamybos, todėl didėja plieno suvartojimas ir sąnaudos. Pagrindinė plieno pluošto gedimo naudojimo metu forma yra ištraukimas, o ne lūžimas, o tai rodo, kad plieno pluošto sukibimas su betonu yra nepakankamas, o tai turės įtakos betono atsparumo tempimui pagerėjimui. Grūdinimo ir stiprinimo principas yra tas, kad atsiradus įtrūkimams, didelis plieno modulis ir didelis vieno pluošto atsparumas tempimui neleidžia įtrūkimams toliau vystytis; tačiau dėl riboto skaičiaus mikroįtrūkimų stabdymo poveikis nėra reikšmingas, o anti-sisunkimo, užšalimo-atitirpimo ir kitų savybių pagerėjimas nėra akivaizdus. Be to, statybų metu plieno pluoštų tankis yra per didelis, o vibruojant ir liejant jie dažnai nugrimzta į betono dugną, todėl neįmanoma jų tolygiai paskirstyti. Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl teorinės tyrimo išvados yra geros, tačiau realus pritaikymo poveikis labai skiriasi.
Anglies pluoštas
Anglies pluoštasyra sudėtinė medžiaga, kurioje anglies pluoštai yra tolygiai paskirstyti cemento matricoje, kad pagerintų betono fizines ir mechanines savybes. Pagrindinės anglies pluošto betono savybės yra puikios mechaninės savybės, hidroizoliacija ir atsparumas natūraliems temperatūros svyravimams, kurių nėra įprastame gelžbetonyje. Jis taip pat pasižymi stabiliomis cheminėmis savybėmis, ilgalaikiu mechaniniu stiprumu ir matmenų stabilumu labai šarminėje aplinkoje.
Plieno pakeitimas anglies pluoštu pašalina gelžbetonio degradaciją ir gedimą, kurį sukelia sūrus vanduo, sumažina statybinių komponentų svorį, palengvina montavimą ir statybą bei sutrumpina statybų grafikus. Anglies pluoštas taip pat turi vibraciją-slopinančių savybių, sugeria smūgines bangas ir padidina seisminį atsparumą bei lenkimo stiprumą daugiau nei dešimt kartų. Anglies pluošto betonas pasižymi dideliu atsparumu tempimui, stipriu lenkimu, atsparumu lūžiams ir atsparumu korozijai. Dėl mažo plėtimosi koeficiento anglies pluošto betonas pasižymi puikiu atsparumu karščiui ir minimalia termine deformacija.
Pagrindinė anglies pluošto funkcija anglies pluošto betone yra užkirsti kelią mikroįtrūkimų plitimui betone ir užkirsti kelią makro įtrūkimų atsiradimui ir vystymuisi. Todėl žymiai pagerėja jo tempiamasis stipris ir šlyties, lenkimo ir sukimo stipris, kuriuos daugiausia valdo pagrindinis tempiamasis įtempis; tuo pačiu metu jis turi didelį atsparumą matricos deformacijai, todėl pagerina jo tempimą, lenkimą ir atsparumą smūgiams. Kai anglies pluošto tūrio dalis yra 1,18%, bandinio skilimo tempiamasis stipris padidėja 1,2%. Pagal sudėtinę taisyklę, anglies pluošto sutvirtinantis poveikis turėtų didėti didėjant pluošto kiekiui cemente. Kai anglies pluošto masės procentas yra mažesnis nei 5%, šis ryšys yra beveik tiesinis. Kai kiekis toliau didėja, anglies pluoštas sunkiai pasiskirsto tolygiai matricoje, nepavyksta pasiekti sutvirtinimo efekto, net sumažėja anglies pluošto betono atsparumas tempimui. Be to, anglies pluošto betonas taip pat turi gerą atsparumą korozijai, atsparumą pralaidumui, atsparumą dilimui, atsparumą susitraukimui ir ilgaamžiškumą.
Stiklo pluoštas
Stiklo pluoštu armuotas betonas (GFRC) yra kompozicinė medžiaga, pagaminta tolygiai paskirstant šarmams{0}}atsparų stiklo pluoštą, turintį aukštą tamprumo modulį, visame cemento skiedinyje arba įprastame betone. Kadangi stiklo pluošto skersmuo yra tik 5–20 μm, beveik identiškas cemento dalelėms, GFRC naudojamas rišiklis yra cemento pasta arba smulkus smėlis, kuriame praktiškai nėra stambių užpildų. Todėl kompozicinės medžiagos, pagamintos iš šios medžiagos, taip pat žinomos kaip sustiprintas cementas. GFRC yra ateities plėtros tendencija statybos inžinerijoje. Jis ne tik pašalina įprastų betono gaminių trūkumus, tokius kaip didelis svoris, mažas tempiamasis stipris ir silpnas atsparumas smūgiams, bet ir turi savybių, kurių nėra įprastame betone. GFRC gaminiai yra plonesni ir lengvesni. Kadangi sutvirtinimui naudojami itin didelio atsparumo tempimui stiklo pluoštai, jie pasižymi dideliu tempimo stipriu. Tolygus stiklo pluošto pasiskirstymas betone apsaugo nuo paviršiaus įtrūkimų. Kadangi pažeidimo metu jie sugeria daug energijos, jie pasižymi puikiu atsparumu smūgiams ir dideliu lenkimo stiprumu. GFRC gaminiai taip pat pasižymi puikiomis išardymo savybėmis ir yra lengvai apdorojami, todėl lengvai pritaikomi įvairioms formoms.
Polipropileno pluošto betonas
Polipropileno pluošto betonas yra kompozicinė medžiaga, pagaminta tolygiai paskirstant tam tikro ilgio polipropileno pluoštus cemento skiedinyje arba įprastoje betono matricoje, siekiant pagerinti fizines ir mechanines matricos savybes. Šio pluošto{1}}gelžbetonio pranašumai yra lengvi, didelis tempiamasis stiprumas ir atsparumas smūgiams bei įtrūkimams. Polipropileno pluoštai taip pat gali iš dalies pakeisti plieno armatūrą, kad sumažintų betono svorį ir taip padidintų konstrukcijos seisminį atsparumą.
Polipropileno pluošto betonas yra plačiausiai ištirtas ir taikomas betonas. Priklausomai nuo pluošto formos ir struktūros, polipropileno pluoštai gali būti skirstomi į monofilamentinius pluoštus, lygiagrečius pluoštinius pluoštus ir plėvelinius pluoštus. Monofilamentai turi didelį kraštinių santykį, o lygiagrečiai fibriliuoto pluošto pluoštai gali būti lengvai išsklaidyti cemento matricoje. Nors cheminis sujungimas yra ribotas, mechaninis sukibimas yra stiprus, neleidžiantis pluoštams ištraukti veikiant stresui.
Nors polipropileno pluoštai turi didesnį atsparumą tempimui nei įprastinio betono, jų tamprumo modulis yra palyginti mažas, todėl esant dideliam įtempimui jie yra linkę į ekstremalias deformacijas. Tačiau pridėjus atitinkamą kiekį polipropileno pluošto, šios kompozitinės medžiagos atsparumas smūgiams yra daug didesnis nei paprasto betono. Tai buvo labai perspektyvus būdas gaminti komponentus su mažomis apkrovomis, bet dideliu atsparumu smūgiams ir tvirtumu. Be to, polipropileno pluoštas yra atsparus rūdims- ir turi gerą atsparumą rūgštims ir šarmams.
Bazalto pluoštas
Ištisinis bazalto pluoštas (CBF) yra neorganinio pluošto medžiaga, pagaminta iš grynos natūralios vulkaninės ekstruzinės uolienos. Išlydytas aukštoje 1450-1500 laipsnių temperatūroje greitai ištraukiamas. Jis turi aukso rudą išvaizdą, puikų visapusišką veikimą ir mažą kainą.
Bazalto pluošto savybės:
(1) Žaliavų natūralumas. Kadangi CBF gamybos žaliavos priklauso nuo natūralių vulkaninių ekstruzinių uolienų, be būdingo didelio cheminio ir terminio stabilumo, jame nėra jokių žmonių sveikatai kenksmingų komponentų.
(2) Visapusiškas veikimas. Bazalto pluoštas yra tikrai „daugiafunkcis{2}} pluoštas. Pavyzdžiui, jis yra atsparus rūgštims-, šarmams-, žemai-temperatūrai-atsparus, aukštai-temperatūrai-atsparus, šilumą{10}}izoliuojantis, elektrą ir garsą{11}}atsparus. Jo tempiamasis stipris viršija didelių{13}}tempimo anglies pluoštų stiprumą, o jo pailgėjimas trūkimo metu yra geresnis nei mažo{14}}tempimo anglies pluošto. CBF turi polinį paviršių ir puikų paviršinį drėkinamumą, kai jis yra sujungtas su derva. CBF taip pat turi trijų{17}}matmenų molekulinius matmenis, kurie, palyginti su linijiniais polimeriniais pluoštais, kurių molekuliniai matmenys yra vieno{18}}matmens, pasižymi didesniu gniuždymo stipriu, šlyties stipriu ir prisitaikymu prie atšiaurios aplinkos bei atsparumo senėjimui, be kitų puikių visapusiškų savybių.
(3) Maža kaina. Cementbetonyje naudojamo bazalto pluošto kaina nėra aukšta, žymiai mažesnė nei plieno pluošto, anglies pluošto ir kt., ir palyginama su sintetiniais pluoštais.
(4) Natūralus suderinamumas. Bazalto pluoštas yra tipiškas silikatinis pluoštas. Lengvai pasiskirsto sumaišius su cementu, betonu ir skiediniu. Šviežiai sumaišytas bazalto pluošto betonas turi stabilų tūrį, gerą apdirbamumą ir gerą ilgaamžiškumą. Jis pasižymi puikiu atsparumu aukštai-temperatūrai, atsparumu-pratekėjimui ir įtrūkimams bei smūgiams. Be to, bazalto pluoštas yra atsparesnis šarmams{8} nei šarmams{9}}atsparus stiklas.
Pluošto{0}}gelžbetonio pritaikymas
Pluoštas{0}}gelžbetonis naudojamas įvairiems tikslams, atsižvelgiant į konstruktoriaus ir statytojo gebėjimą išnaudoti statines ir dinamines medžiagos savybes. Kai kurios programos apima kilimo ir tūpimo takus, automobilių stovėjimo garažus, šaligatvius, tunelių apmušalus, šlaito stabilumą, korpusus, sienas, vamzdžius, šulinių dangčius, užtvankas, hidraulines konstrukcijas, viadukus, kelius, tiltus ir sandėlių grindis.
Pluoštas vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį gerinant betono eksploatacines savybes ir ilgaamžiškumą. Nesvarbu, ar tai plieno pluoštas, stiklo pluoštas, polipropileno pluoštas ar natūralus pluoštas, kiekvienas tipas turi unikalių pranašumų ir tinka skirtingiems statybos poreikiams. Tinkamai parinkę pluošto tipą ir dozę, inžinieriai gali ne tik efektyviai pagerinti betono atsparumą įtrūkimams, kietumą ir ilgalaikį stiprumą, bet ir žymiai sumažinti vėlesnes priežiūros išlaidas. Statybų technologijoms toliau tobulėjant, pluoštinis-gelžbetonis tampa pagrindiniu sprendimu kuriant tvirtesnes, saugesnes ir tvaresnes konstrukcijas.
